JP2000294676A - はんだボールの搭載方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一度に数万個のはんだボールをワークに搭載
することができるはんだボールの搭載方法およびその装
置を提供する。 【解決手段】 揺動可能なチルトテーブル４と、前記チ
ルトテーブル４に固定されたテーブル１１と、前記ワー
ク１４のはんだボール搭載領域と対応する複数の矩形の
貫通穴が形成され、前記チルトテーブル４に摺動可能に
支持されたマスク治具１５と、はんだボール１９の径よ
り若干大径の複数の貫通穴が形成され、前記マスク治具
１５に固定されたマスク２０と、マスク治具１５に摺動
可能に配置されたスキージ３４とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板や半
導体ウエハなどの表面に形成された接続用のパッドには
んだボールを搭載するはんだボールの搭載方法およびそ
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板や半導体素子（以下、ワー
クという）の電気的な接続を行うためのボールグリッド
アレイ（以下、ＢＧＡという）を形成する方法の一つ
に、ワークに形成された接続用のパッドに搭載したはん
だボールを溶融させて形成するものがある。

【０００３】このようなＢＧＡの形成方法においては、
ワークの表面に形成されたパッドの位置に対応させて、
搭載するはんだボールよりも小径の複数の穴を形成した
マスクにはんだボールを吸着させ、マスクにはんだボー
ルを吸着させた状態で、はんだボールの下端部をフラッ
クス槽に浸けることによりはんだボールの表面にフラッ
クスを塗布した後、ワーク上に位置決めし押し付けるこ
とにより、フラックスの粘着力によりはんだボールをワ
ークに搭載している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、はんだボール
の外径にはばらつきがあるため、使用されるはんだボー
ルの平均径を基準としてフラックスを塗布した場合、径
の小さなはんだボールではフラックスの塗布量が不足し
て、ワークに搭載したときの粘着力が不足してはんだボ
ールの位置が移動するなど不具合が発生する。

【０００５】また、小さいはんだボールを基準としてフ
ラックスを塗布した場合、はんだボールを吸着するマス
クの穴にフラックスが付着して、マスクによるはんだボ
ールの吸着を解除しても、穴に付着したフラックスの粘
着力によってはんだボールがマスクから離れず、はんだ
ボールをワークに搭載できないことがある。

【０００６】このような現象は、一度に搭載するはんだ
ボールの数が多くなるほど発生しやすくなるため、一度
に搭載できるはんだボールの数は、通常数１００個であ
り、多くても１０００個程度が限度であった。

【０００７】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、一度
に数万個のはんだボールをワークに搭載することができ
るはんだボールの搭載方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明は、予め所定の複数
の位置にフラックスが塗布されたワークの表面に、前記
フラックスの塗布位置と対向するはんだボールの径より
若干大径の複数の穴が形成されたマスクを配置し、前記
マスクの穴を通してワークのフラックスの塗布位置には
んだボールを搭載するはんだボールの搭載方法であっ
て、前記マスクと相対移動可能で、前記マスクの穴形成
領域外の位置で待機するスキージによって仕切られた空
間に予め複数のはんだボールを供給し、ワークの表面に
マスクを位置決めし、ワークとマスクの相対位置を保持
した状態でワークとマスクを前記スキージの待機位置が
高くなるように所定の角度傾斜させ、前記スキージを前
記マスクに沿って往復移動させ、前記スキージによって
支えられたはんだボールを前記マスクに沿って往復移動
させた後、前記ワークとマスクを水平状態に戻し、前記
マスクをワークから離間させ、ワークを搬出するように
した。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、水平軸を
中心として揺動可能なチルトテーブルと、クランク機構
を介して前記チルトテーブルを揺動させるチルトテーブ
ルの揺動手段と、ワークの位置決め手段とワークの固定
手段とを備え、前記チルトテーブルに支持されたテーブ
ルと、前記ワークのはんだボール搭載領域と対応する複
数の矩形の貫通穴が形成され、前記チルトテーブルに摺
動可能に支持されたマスク治具と、所定の間隔で形成さ
れワーク表面に接触する複数のリブの間に、前記ワーク
のはんだボール搭載位置に対応するはんだボールの径よ
り若干大径の複数の貫通穴が形成され、前記マスク治具
の前記ワークとの対向面に固定されたマスクと、前記チ
ルトテーブルを一辺とする平行四辺形リンクを備え、こ
の平行四辺形リンクで前記マスク治具を移動させるマス
ク治具移動手段と、前記マスク治具に摺動可能に支持さ
れたスキージホルダと、一端が前記スキージホルダに固
定され、その下端が前記マスクの貫通穴に落下したはん
だボールに接触しない位置まで前記マスク治具の各貫通
穴に摺動可能に挿入された複数のスキージとを設けた。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図１１は、本発明の実
施の形態を示すもので、図１は、はんだボール搭載装置
の平面図、図２は、図１のＡーＡ断面図、図３は、図１
におけるチルトテーブルの駆動機構を示す側面図、図４
は、図３の駆動機構部を示す正面図、図５は、図２にお
けるＢ部の拡大図、図６は、図１におけるワークとマス
クおよびマスク治具の関係を示す拡大図、図７は、図２
におけるＣーＣ断面図、図８は、はんだボールの搭載工
程の開始時をを示す工程図、図９は、はんだボールの搭
載工程における搭載状態を示す工程図、図１０は、はん
だボールの搭載工程におけるスキージの移動端を示す工
程図、図１１は、はんだボールの搭載工程の終了状態を
示す工程図である。

【００１１】図１ないし図３において、１はブラケット
で、図示しないベースに所定の間隔で固定されている。
２は軸受けで、ブラケット１に支持されている。３はチ
ルトピンで、軸受け２に回転可能に支持されている。４
はチルトテーブルで、チルトピン３間に固定されてい
る。したがって、チルトテーブル４は、チルトピン３の
軸心を中心として回転可能に支持されている。

【００１２】図１，図３および図４において、５はブラ
ケットで、前記ベースに固定されている。６はチルトモ
ータで、ブラケット５に固定されている。７はフランジ
で、チルトモータ６の回転軸に固定されている。８はク
ランクピンで、フランジ７の偏心位置に固定されてい
る。９はクランクプレートで、クランクピン８に回転可
能に支持されている。１０はクランクピンで、チルトテ
ーブル４とクランクプレート９を結合している。

【００１３】したがって、クランクピン８が下端位置に
ある状態から、チルトモータ６によりフランジ７が１８
０度回転するとクランクピン８、クランクプレート９お
よびクランクピン１０を介してチルトテーブル４の一方
が押し上げられ、チルトピン３の軸心を中心として回動
し、チルトテーブル４が傾斜する。また、この状態から
さらにフランジ７が１８０度回転すると、クランクピン
８、クランクプレート９およびクランクピン１０を介し
てチルトテーブル４の一方が引き下げられてチルトテー
ブル４は水平な状態に戻される。

【００１４】チルトテーブル４の傾斜させる角度θは、
後述するマスク上をはんだボールがその自重で転がり落
ち、しかも、マスクに形成された貫通穴に落下しやすい
角度（たとえば、２０度ないし３０度程度）に設定する
ことが望ましい。

【００１５】このような構成とすることにより、チルト
テーブル４を傾斜させるとき、あるいは水平状態に戻す
とき、その始動時と停止時における加減速を円滑に行う
ことができ、ワーク１４に不要な振動を与えることがな
い。

【００１６】図１ないし図７において、１１はテーブル
で、チルトテーブル４に支持されている。１２は真空吸
着ポケットで、テーブル１１の上面に形成され真空吸着
回路１３を介して真空供給源に接続されている。１４は
ワークで、テーブル１１に真空吸着により固定される。

【００１７】なお、前記テーブル１１の上面には、ワー
ク１４の外形を拘束して水平方向の位置決めを行うため
の溝や、ワーク１４に形成された切り欠きなどの特徴点
を利用して回転方向に位置決めを行う位置決め手段（図
示せず）を設けることもできる。

【００１８】１５はマスク治具で、複数の矩形の貫通穴
１６が平行に形成され、その間はリブ１７となってい
る。１８はガイドピンで、前記チルトテーブル４に形成
されたガイド穴を摺動可能に貫通し、その一端はマスク
治具１５の下面に固定されている。

【００１９】１９ははんだボール。２０はマスクで、ワ
ーク１４のはんだボール搭載位置と対応する位置に、は
んだボール１９の径より若干大径の複数の貫通穴２１
と、ワーク１４のはんだボール１９の非搭載領域でワー
クに接触し、ワーク１４のはんだボール１９を搭載する
領域とマスク２０の接触を防止するリブ２２が形成さ
れ、前記マスク治具１５に固定されている。

【００２０】このマスク２０は、金属板で形成すること
ができる。また、たとえば、片面銅張積層板に貫通穴２
１の穴あけを行った後、貫通穴２１が形成された領域の
銅箔をエッチングにより除去する事によって形成するこ
ともできる。

【００２１】図７において、２３はアームピンで、前記
チルトテーブル４に固定されている。２４はリンクアー
ムで、アームピン２３に回転可能に支持されている。２
５はアームロッドで、リンクアーム２４に固定されてい
る、２６は平行リンクで、アームロッド２５に回転可能
に支持されている。そして、チルトテーブル４とリンク
アーム２４および平行リンク２６で平行四辺形リンクを
構成し、平行リンク２６は、その移動領域の下端にある
とき、前記ガイドピン１８の下端と若干の隙間を持って
対向している。

【００２２】２７はブラケットで、前記ベースに固定さ
れている。２８はシリンダで、ブラケット２７に固定さ
れ、そのロッド２９がアームロッド２５と対向してい
る。

【００２３】したがって、シリンダ２８の作動によりロ
ッド２９がアームロッド２５を押すと、リンクアーム２
４が揺動して平行リンク２６の高さがｈだけ高くなり、
ガイドピン１８を介してマスク治具１５を高さだけ押し
上げることができる。

【００２４】また、シリンダ２８の作動によりロッド２
９がアームロッド２５から後退すると、マスク治具１５
およびマスク治具１５に搭載された他の部材の重量でマ
スク治具１５が下降する。

【００２５】マスク治具１５の移動量ｈは、テーブル１
１の上面とマスク２０の下面の間に、手動もしくは自動
搬送手段でワークの搬出入が可能な間隔（たとえば、６
ｍｍから１０ｍｍ程度）に設定することが望ましい。

【００２６】このような構成とすることにより、ワーク
１４にマスク２０を接触させる際、あるいはワーク１４
からマスク２０を離間させる際に、マスク２０の移動速
度を小さくすることができるので、はんだボール１９と
マスク２０の貫通穴２１の内周面が接触していても、は
んだボール１９とマスク２０の離間させる際にはんだボ
ール１９を移動させることなく確実にマスク２０を離間
させることができ、かつ、ワーク１４に不要な衝撃を与
えることがない。

【００２７】図１，図２および図５において、３０はガ
イドレールで、前記マスク治具１５に固定されている。
３１は直動軸受で、ガイドレール３０に摺動可能に支持
されている。３２はホルダで、その側面に溝３３が形成
され、直動軸受３１に固定されている。３４はスキージ
で、その下部が前記マスク治具１５の貫通穴１６内に摺
動可能に挿入されホルダ３２に固定されている。

【００２８】このスキージ３４の下端と前記マスク２０
の上面との間隔は、マスク２０上に供給されたはんだボ
ール１９の半径より小さく、かつ、マスク２０の貫通穴
２１に落ち込んだはんだボール１９の頭頂部にスキージ
３４が接触しない大きさに設定されている。また、リブ
１７とスキージ３４の間の隙間もはんだボール１９の半
径より小さく設定する。

【００２９】３５はガイドレールで、前記ガイドレール
３０と平行に前記チルトテーブル４に固定されている。
３６は直動軸受で、ガイドレール３５に摺動可能に支持
されている。３７はドライビングフックで、前記ホルダ
３２の溝３３と着脱可能に嵌合するように直動軸受３６
に固定されている。

【００３０】このドライビングフック３７は、ベルト駆
動手段（図示せず）で駆動され、ガイドレール３５に沿
って所定の速度で移動する。そして、ホルダ３２を介し
てスキージ３４を移動させる。

【００３１】スキージ３４を移動させる速度は、マスク
２０上を転がり落ちるはんだボール１９がマスク２０の
穴２１内に確実に落下し得る速度を適宜選択して設定す
る。たとえば、チルトテーブル４の傾斜角度が２５度
で、はんだボール１９の直径が０．４ｍｍの場合、スキ
ージ３４の移動速度は、１０から３０ｍｍ／秒程度に設
定することができる。

【００３２】このような構成で、予めマスク治具１５の
貫通穴１６の一端と待機位置に設定されたスキージ３４
との間に形成された空間に、マスク２０を通してワーク
１４に供給する数の２ないし３倍の数のはんだボール１
９を供給する。

【００３３】チルトテーブル４が水平な状態でシリンダ
２８を作動させ、ロッド２９を突出させてアームロッド
２５を押すことにより、マスク治具１５を上昇させてテ
ーブル１１とマスク２０の間に所要の間隔を形成する。

【００３４】この間隔を通して、ワーク１４をテーブル
１１上に供給して位置決めし、真空供給手段からテーブ
ル１１の真空吸着ポケット１２に真空圧を供給して、ワ
ーク１４をテーブル１１に固定する。

【００３５】シリンダ２８を作動させてロッド２９を後
退させることにより、マスク治具１５を下降させ、マス
ク２０のリブ２２をワーク１４の上面に接触させる。

【００３６】この状態で、チルトモータ６を作動させ、
図８に示すように、チルトテーブル４を角度θに傾斜さ
せる。このとき、テーブル１１とマスク治具１５も同時
に傾斜する。このとき、はんだボール１９は、スキージ
３４に支えられているため、自重によって落下すること
はない。

【００３７】なお、図において、Ｆはワーク１４のはん
だボール搭載位置に塗布されたフラックスである。

【００３８】この状態で、図示しない駆動手段からドラ
イビングフック３７を介して、スキージ３４を下方に向
けて移動させる。すると、図９に示すように、スキージ
３４の移動に連れてはんだボール１９が自重によりマス
ク２０上を転がり落ちる。

【００３９】このとき、スキージ３４の近傍のはんだボ
ール１９は図示したように重なり合った状態で転がり落
ちていくが、その後側は貫通穴１６内に一面に広がり１
層の状態で転がり落ちていく。したがって、スキージ３
４の移動速度を適当に設定することによりはんだボール
１９を確実に貫通穴２１に落下させることができる。

【００４０】このようにして、マスク２０の貫通穴２１
上を通過するはんだボール１９は、貫通穴２１を通して
貫通穴２１の下に配置されたワーク１４に塗布されたフ
ラックスＦ上に落下する。一つの貫通穴２１に一つのは
んだボール１９が入ると、後続のはんだボール１９は、
貫通穴２１に入っているはんだボール１９を乗り越えて
転がり落ちていく。

【００４１】図１０に示すように、スキージ３４が下降
端まで移動すると、マスク２０に形成された全ての貫通
穴２１にそれぞれ一つのはんだボール１９が落ち込み、
フラックスＦの粘着力によって保持されワーク１４上に
搭載される。

【００４２】この状態で、スキージ３４をその待機位置
へ戻すことにより、スキージ３４とともに下方に移動し
た余剰のはんだボール１９が、スキージ３４に押されて
待機位置へ戻される際に、貫通穴２１内に落ち込んだは
んだボール１９のうえを乗り越えて行くため、貫通穴２
１内に落ち込んだはんだボール１９をフレックスＦに押
し込むことになり、フラックスＦによるはんだボール１
９の保持が確実になる。

【００４３】この状態で、チルトモータ６を作動させ、
図１１に示すように、チルトテーブル４を水平な状態に
戻す。そして、シリンダ２８によりマスク治具１５を上
昇させ、ワーク１４を取り出す。

【００４４】なお、上記の実施の形態によれば、チルト
テーブル側とマスク治具側とをホルダ３２とドライビン
グフック３７の間で切り離すことができるので、ワーク
の種類の合わせてマスク治具側を複数種準備しておくこ
とにより、複数品種のワークにも容易に適応することが
できる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、搭
載すべきはんだボールの数が数万個以上であっても、一
度の作業で確実に必要な数のはんだボールを搭載するこ
とができる。また、簡単な操作で作業できるので、作業
が容易で作業能率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるはんだボール搭載装置の平面図。

【図２】図１のＡーＡ断面図。

【図３】図１におけるチルトテーブルの駆動機構を示す
側面図。

【図４】図３の駆動機構部を示す正面図。

【図５】図２におけるＢ部の拡大図。

【図６】図１におけるワークとマスクおよびマスク治具
の関係を示す拡大図。

【図７】図２におけるＣーＣ断面図。

【図８】はんだボールの搭載工程の開始時をを示す工程
図。

【図９】はんだボールの搭載工程における搭載状態を示
す工程図。

【図１０】はんだボールの搭載工程におけるスキージの
移動端を示す工程図。

【図１１】はんだボールの搭載工程の終了状態を示す工
程図。

【符号の説明】

４…チルトテーブル、６…チルトモータ、７…フラン
ジ、８…クランクピン、９…クランクプレート、１０…
クランクピン、１１…テーブル、１４…ワーク、１５…
マスク治具、１６…貫通穴、１７…リブ、１８…ガイド
ピン、１９…はんだボール、２０…マスク、２１…貫通
穴、２４…リンクアーム、２５…アームロッド、２６…
平行リンク、３０…ガイドレール、３２…ホルダ、３４
スキージ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め所定の複数の位置にフラックスが塗布
   されたワークの表面に、前記フラックスの塗布位置と対
   向するはんだボールの径より若干大径の複数の穴が形成
   されたマスクを配置し、前記マスクの穴を通してワーク
   のフラックスの塗布位置にはんだボールを搭載するはん
   だボールの搭載方法であって、前記マスクと相対移動可
   能で、前記マスクの穴形成領域外の位置で待機するスキ
   ージによって仕切られた空間に予め複数のはんだボール
   を供給し、ワークの表面にマスクを位置決めし、ワーク
   とマスクの相対位置を保持した状態でワークとマスクを
   前記スキージの待機位置が高くなるように所定の角度傾
   斜させ、前記スキージを前記マスクに沿って往復移動さ
   せ、前記スキージによって支えられたはんだボールを前
   記マスクに沿って往復移動させた後、前記ワークとマス
   クを水平状態に戻し、前記マスクをワークから離間さ
   せ、ワークを搬出することを特徴とするはんだボールの
   搭載方法。
2. 【請求項２】水平軸を中心として揺動可能なチルトテー
   ブルと、クランク機構を介して前記チルトテーブルを揺
   動させるチルトテーブルの揺動手段と、ワークの位置決
   め手段とワークの固定手段とを備え、前記チルトテーブ
   ルに支持されたテーブルと、前記ワークのはんだボール
   搭載領域と対応する複数の矩形の貫通穴が形成され、前
   記チルトテーブルに摺動可能に支持されたマスク治具
   と、所定の間隔で形成されワーク表面に接触する複数の
   リブの間に、前記ワークのはんだボール搭載位置に対応
   するはんだボールの径より若干大径の複数の貫通穴が形
   成され、前記マスク治具の前記ワークとの対向面に固定
   されたマスクと、前記チルトテーブルを一辺とする平行
   四辺形リンクを備え、この平行四辺形リンクで前記マス
   ク治具を移動させるマスク治具移動手段と、前記マスク
   治具に摺動可能に支持されたスキージホルダと、一端が
   前記スキージホルダに固定され、その下端が前記マスク
   の貫通穴に落下したはんだボールに接触しない位置まで
   前記マスク治具の各貫通穴に摺動可能に挿入された複数
   のスキージとを設けたことを特徴とするはんだボール搭
   載装置。